Предлагаемая читателям книга является переработанным и дополненным изданием книги "Динамика самолета с вертикальным взлетом и посадкой", изданной в 1978 г. С тех пор авиационная наука и техника достигли значительного прогресса. Созданы и эксплуатируются самолеты 4-го поколения (МиГ-29, Су-27, F-15, F-16 и F-18), оснащенные мощными силовыми установками и современным радиоэлектронным оборудованием.
Большая тяговооруженность, аэродинамическое совершенство и применение новых авиационных материалов обеспечивают их хорошие летно-технические характеристики и высокую маневренность.
Однако, несмотря на большие успехи в развитии авиации, одна из важнейших ее проблем — возможность базирования вне стационарных аэродромов — остается нерешенной.
В первом издании книги отмечалось, что проблему безаэродромного базирования авиации можно решить только с использованием самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП), предусмотрев для них перегрузочный вариант для взлета с коротким разбегом длиной до 150 м (СКВВП). Успехи, достигнутые в развитии авиационной науки и техники, особенно в области двигателестроения, подтверждают справедливость этого утверждения. Снижение удельных масс подъемных двигателей (ПД) до γ ПД = 0,05 кг/даН и подъемно-маршевых двигателей (ПМД) до γПМД= 0,17...0,20 кг/даН позволяет уменьшить относительную массу силовой установки до ξ СУ = 0,2...0,23 и существенно приблизить ее к относительной массе двигателей самолетов обычной схемы. Это дает возможность увеличить относительный запас топлива при вертикальном взлете до ξ Т = 0,24...0,26, что примерно на 5 % меньше, чем у обычных самолетов. В перегрузочном варианте с коротким разбегом ξ Т = 0,34...0,36, в результате чего СКВВП могут иметь примерно такие же радиусы действия, как и обычные самолеты аналогичного назначения.
Широко бытует мнение, что СВВП вынуждены "возить" лишнюю силовую установку. При тяговооруженности СВВП по ПД μ ПД = 0,5 и γ ПД = 0,05 кг/даН "лишняя" масса силовой установки составляет ξ ПД= 0,0375, т. е. меньше 4 % от взлетной массы самолета. Сравним эту величину с массой поворотного устройства крыла изменяемой геометрии, с помощью которого на самолетах 3-го поколения пытались улучшить взлетно-посадочные характеристики. Оказывается, что масса этого устройства также составляет около 4 % от взлетной массы самолета. Однако дополнительная масса двигателей силовой установки "несет" 50 % массы СВВП, что эквивалентно сокращению длины разбега в два раза по сравнению с обычными самолетами. Такой "подъемной" отдачи не может обеспечить ни один из существующих видов механизации крыла, в том числе и изменяемая геометрия. Положительный эффект применения крыла изменяемой геометрии сводится к уменьшению скоростей отрыва и посадки на 40...50 км/ч, что обеспечивает сокращение длины разбега всего на 15...17 %.
Следует отметить, что некоторые аэродинамические характеристики, в частности коэффициент СXO, у СВВП хуже, чем у обычных самолетов. Однако благодаря высокой располагаемой тяговооруженности, особенно на форсажных режимах работы двигателей, СВВП могут иметь хорошие маневренные свойства на дозвуковых скоростях полета и успешно выходить на сверхзвуковые скорости. От обычных самолетов СВВП существенно отличаются только на режимах взлета и посадки. На этих этапах полета возникают силы и моменты, обусловленные особенностями силовой установки и взаимодействием газовых струй от двигателей с поверхностью земли и планером. На малых и нулевых скоростях полета, когда аэродинамические силы и моменты очень малы и ими можно пренебречь, динамические свойства СВВП приближаются к свойствам свободного твердого тела, несущего на себе ориентированные сложным образом вращающиеся массы. В связи с этими особенностями в настоящей книге рассматривается динамика полета СВВП главным образом на этапах вертикального (короткого) взлета и посадки.
Книга написана на основе анализа новых материалов, опубликованных в отечественных и зарубежных источниках, а также исследований и разработок, выполненных автором за последние годы.
Первая глава посвящена анализу сил и моментов, действующих на СВВП при взлете и посадке, и формированию математической модели движения самолета под их воздействием.
В гл. 2...5 исследуются динамика центра масс СВВП на этапах взлета и посадки и проблема продольной балансировки самолета на этих режимах.
В гл. 6...9 рассматриваются вопросы динамики СВВП как твердого тела, в том числе устойчивости собственного невозмущенного движения, поведения СВВП под воздействием внешних возмущающих факторов и различных управляющих воздействий.
Значительное место в книге уделено построению алгоритмов управления СВВП, позволяющих реализовать заданные оптимальную траекторию движения и угловое положение самолета в пространстве.
Теоретическим фундаментом при разработке алгоритмов послужили теория автоматического управления движением нелинейных систем [14, 15] и теория и практика решения краевых оптимальных задач динамики полета [30...32], которые базируются на единой концепции обратных задач динамики.
Назад, на страницу описания